شرکت دیار کنکاش

بازرسی فنی جوش و سازه -بازرسی التراسونیک -بازرسی رنگ

بازرسی فنی بروش Phased Array

 Phased Array تکنولوژی
توانائی راهنمائی شدن ،اسکن کردن ، پیچ خوردن و متمرکز شدن را بصورت الکترونیکی Phased Array پرتو صوتی در
دارد .توانایی راهنمائی شدن پرتو ،زاویه های پرتوهای انتخابی را بگونه ای هدایت می کند که در حین حرکت بصو ت عمود به
قابل بیان است. LOF بعضی عیوب قابل پیش بینی برخورد کرده و آنها را نمایان سازد که این امر خصوصاً در مورد
یا در حالت خطی ) این قابلیت را دارد که به سرعت جوش ها را پوشش دهد . اسکن زاویه ای ( که Liner ) اسکن الکترونیکی
کلی از جوش ها (Map) بیان می گردد ) این توانائی را دارد که یک نقشه Azimuthally یا Sectional معمولاً بصورت
این (Electronic Focusing) تحت زاویه مناسب بدست دهد تا اکثر عیوب احتمالی در آن دیده شود . تمرکز الکترونیکی
قابلیت را ایجاد می کند که شکل و اندازه عیوب در محلهایئی که انتظار داریم را نمایش بدهد . در ه رحال تکنیک
قابلیت عیب یابی را در حداقل زمان ممکن را دارد . Phased Array
مقاله حاظر نحوه بازرسی جوش های مخازن تحت فشار را مورد بررسی قرار می دهد . این تکنیک دارای مزایای بهتری نسبت
می باشد . برای بازرسی مقاطع ضخیم از نماهای " بالا – کنار- انتها – " و « حتی در حالت اتو ماتیک آ UT به شیوه معمولی
استفاده می کنیم . البته سایرنماها نیز قابل استفاده هستند . "TOFD – یا " بالا – کنا
قابل انجام هستند به این صورت که با افزودن دسته پرتوصوتی برای Phased Array بازرسی های خاص به راحتی به روش
پوشش دادن س طح بیشتری از جوش ، تحت زاویه گوناگون ، بازرسی های متقارن و یا حتی تست توسط چند تست توسط چند
انجام می شوند . به همین منظور سیستم ها و تجهیزات مناسب این روش ها نیز (Tandem Probe ) پروب پشت سر هم
نیازمند اندازه سنجی بسیار دقیق می باشیم بطور کلی تکنیک Fitness For Service قابل استفاده هستند . برای حالت
قابلیت کنار هم گذاردن نتایج هر یک از حالت ذکر شده بالا در کنار هم را نیز دارد . Phased Array
مقدمه : ×
صفحه 2 از 11
انواع مختلفی از مخازن تحت فشار در صنایع مختلفی از جمله پتروشیمی ، صنایع دفاعی ، نفت و گاز ، انرژی اتمی و صنایع
عمومی استفاده می شوند . این مخازن معمولاً از ورق های فولادی ( معمولاً فولادهای فریتی ) که بهم جوش خورده اند
ساخته می شوند . اما متاسفانه جوشکاری همواره با ایجاد عیب می باشد که تعمییرات و در بعضی مواقع خرابی کامل آن باعث
هدر رفتن زمان می شود که بسی اری از تخریب ها نیز ناگهانی ایجاد می شوند . معمولاً جهت بازرسی عیوب جوش از استاندارد
برای (Article استفاده می شود که بخش 4و 5 آن ( 4,5 ASME Sec. استفاده می شود . برای این منظور از 5 ASME
بازرسی جوش مخازن تحت فشار .
چرا التراسونیک : ×
رادیو گرافی مدتها به عنوان اصلی ترین پروسه بازرسی مخازن تحت فشار به حساب می آمد . اما رادیوگرافی دارای معایب
معین و فراوانی است : بسیار خطرناک است ، کارکنان هنگام انجام آن نباید در محل حضور داشته باشند ،مخزن جهت آزمایش
باید به محلی بی خطر حمل بشود ،رادیوگرافی در حین انجام پروسه تولید را به تاخیر می اندازد و مرحله پروسس و تفسیر آن
را دارد که در راستای LOF نیز زمان بر است ، رادیوگرافی فقط زمانی توانائی اندازه گیری نمایش عیوبی مانند ترک ویا
مناسبی قرار گرفته باشد ، رادیو گرافی توانایی اندازه گیری عمیق عیب را ندارد که تحت این شرایط تو انائی ارزیابی های بحرانی
خصوصاً جهت " مکانیک شکست " از بین می رود ، هر قطعه ای ( با توجه به بسیاری شرایط مثلاً عدم توانائی رادیوگرافی کرد
اسکلت فلزی ساختمانها در شهر ) قابلیت رادیوگرافی ندارد ، قیمت بالای تجهیزات و زمان بالای تابش هم جزوء محدودیت های
م ی باشد . اما در مقایسه با رادیو گرافی ،اولتراسونیک کاملاً بی خطر است ، قابل اجرا در سایت می باشد ، قابل انجام دادن RT
پس از سرد شدن جوش می باشد ، تاخیر در تولید به حداقل زمان ممکن می رسد و قابلیت نمایش دادن میزان عمیق و ارتفاع
عیوب بطور دقیق را دارد .
از زم انی که صنایع هسته ای در دو دهه گذشته شروع بکار کردند و اولتراسونیک اتوماتیک را توسعه دادند ، به تجربه اپر اتور
گاهی اوقات در دسترس بود اما باز هم سرعت تست پایین بود و (AUT) وابسته بود ، اولتراسونیک مک انیزه و یا اتوماتیک
قیمت تمام شده نیز بسیار بالا بود و تو انائی استفاده هر روزه را سلب می کرد . اما با گذشت زمان سرعت بالا رفت و هزینه ها
نیز TOFD معمولی کاملاً تکرار پذیر است . روش هائی مانند VT ثایت کرده است که نسبت به AUT کاهش یافت ، عموماً
جهت تحلیل در مورد مکانیک شکست کاملاً دقیق هستند و مورد استفاده قرار می گیرند .
بصورتی کاملا اجرائی و تجاری درآمده است Phased Array امروزه ، التراسونیک به روش
و جهت تست مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد که باعث بالا
بخاطر مزایایی که Phased Array رفتن راندمان کار نیز شده است . تکنیک
دارد نفوذ خوبی در بازار داشته و در کل یدی ترین کاربردها مورد
استفاده قرار می گیرد اما تنها مشکل آن عدم آشنائی اپراتورها می
باشد که باید آموزش ببینند . البته هزینه این روش نیز به نسبت
بالاست اما در حال کاهش یافتن است ، با این همه از بسیاری از جهات
هزینه کمتری دراد . RT از
: AUT , ASME استاندارد ×
اختصاص دارد . به عنوان مثال AUT معمولی بکار می رود اما بخش هائی از آن نیز به UT جهت ASME Sec.V معمولاً
به Article به " تکنیک ها تصویر سازی کامپیوتری " ارجاع داده است همچنین 4 Article 4 Appendix E - 410
بیان جزئیاتی از مکانیزمهای ثبت اطلاعات و اسکن کردن می پردازد که شامل توضیحاتی در مورد رویه های اجرائی نیز هست .
طراحی بلوکهای کالیبراسیون را مجاز شمرده ، DAC استفاده از تکنییکهای مختلف رسم ASME Sec.V به عنوان مثال
صفحه 3 از 11
اشاره کرده سایر تکنیک ها نیز قابل استفاده هستند ASME Sec.V Article 4 Appendix E است . در حقیقت 474
مشخص نموده که روش های جایگزین حتماً باید برابر یا بهتر از تکنیک های Sec.V Article 1 T - در همین حال 110
مندرج در استاندارد باشند و یک بازرس تائید شده باید رویه های اجرائی ( و اسناد ) را مرود تائید قرار بدهد .
انجام شوند ASME Pressure Vessel and Power Piping که انجام می شوند باید تح ت استاندارد UT آزمونهای
را بیان می کند . B31.3 , B بخش های یک ، سه ، هشت و یازده در مورد خطوط لوله است که نیازمندیهای 31.1
در مد پالس – اکو می باشد که از دو زاویه مناسب ب ا تغیرات 10 درجه (Raster Scanning ) این بازرسی ها معمو لاًبیانگر
نسبت بهم استفاده می شود تا پوشش کاملاً مناسبی بدهد .
: بخش 2235 ASME استاندارد ×
را Non amplitude , Computer recorded کدهائی را منتشر کرده که استفاده از روش ASME امروزه استاندارد
است . (Time of Flight Diffraction) TOFD مجاز شمرده که در واقع همان روش
مورد استفاده قرار Fitness for Service بعنوان گزینه جایگزین تست رادیوگرافی است که در Cod Case 2235
جهت اجرا نیازمند است. Reference Reflector نیزاعلام می دارد که حداقل 3 عدد Code Case می گیرد. البته این
سایراستاندارد ها: ×
API572(inspection if resell) , (Pressure vessel) API استانداردهای 510 ASME بغیر از موراد ذکر شده از
و همچنین استاندارد های اروپائی مورد استفاده قرار می گیرند . API 570 ( Piping),
Phased Array التراسونیک به روش
چگونه کار می کند : Phased Array ×
برای رادارها ،سونار و سایر کاربردها Phased Array از نظر قواعد کلی کاملاً شبیه Phased Array اولتراسونیک
فیزیکی صوت می باشد .
اما بهرحال اولتراسونیک از نظر توسعه یافتگی بسیار عقب مانده تر از سایر کاربردهای فیزیکی صوت است که دلایل آن نیز بازار
کم این روش ،استفاده از امواج با طول موج کوتاه در این روش ،تغییرات مد و همچنین نیازمند بودن به مجموعه ای از قطعات
زیاد مورد استفاده قرار نم گرفت . Phased Array می باشد و به همین خاطر تا چند سال قبل تکنیک
اما از نقطه نظر علمی اولتراسونیک به روش ی یکی از روش های مهم تولید و دریافت صوت با فرکا نس های بالاست . چه بسا
رفتار صوت در داخل ماده فارغ از روش تولید آن می باشد حال تفاوتی نمی کند که در اینصورت توسط یک پیزو الکتریک ،
بدون تغییر باقی ماند UT تولید شده باشد با این حال جزئیا بازرسی به روش Phased Array الکترو مغناطیس ، لیزر و یا
Phased Array 7.5 باشد توسط MHz اند . به عنوان مثال اگر در یک آزمون اولتراسونیک فرکانس مطلوب مورد استفاده
نیز همین فرکانس استفاده می شود . در مورد فاصله کانونی ، زاویه برخورد قاعده کلی یکی است .
از تعدادی کریستال استفاده می کند که هر یک از آنها به سیمی متصل است و قطع و وصل می شود و بر Phased Array
حسب زمان کار می کنند . این کریستالها می توانند در گروههای 4 تا 32 و بیشتر کار کنند و معمولاً برای خطوط لوله از 16
صفحه 4 از 11
بودن ) می توان User – friendly ) کریستالی استفاده می شود و همچنین برای سهولت هر چه بیشتر استفاده کننده
جهت استفاده ز مان تاخیر را از ورودی توسط اپراتور دریافت کند . همچنین می توان از فایلهائی که در قبل مورد استفاده قرار
گرفته و یا زاویه ،فاصله کانونی و یا انواع اسکن کردن که بصورت الگو در داخل دستگاه پیش بینی شده استفاده نمود .( شکل
(1
از نقطه کانونی محاسبه می شود ، به این ترتیب اسکن از TOFD نیز توسط خود دستگاه ب ا اسنفاده از روش Delay مقدار
پایه ریزی می گردد. (Focal laws) طریق قوانین ابتدائی نقطه کانونی
PA به روش Sartorial , linear شکل ( 1) تصویر شماتیک نحوه تولید اسکن های
می تواند در دستگاه ذخیره شود و برای استفاده Set up کردن دستگاه نیازمند زمان است ، اما این Set up اگر چه جهت
بسیار ساده تر از تنظیم Set up های بعدی در کمترین زمان ممکن دوباره بار گذاری گردد همچنین اعمال تغییرات در این
دستگاه های قدیمی می باشد .
انواع اسکن : ×
بدلیل تولید و دریافت صوت بصورت الکترونیکی موقعیت برای ایجاد الگو های مختلف اسکن فراهم می گردد .
اسکن های الکترونیک : ×
مجموعه ای از کریستالهای این اسکن الکترونیک را تولید می کنند ( شکل 2) می توان 128 عدد از کریستالها را در
کنار هم داشته باشیم که در گروههای 8 تا 16 تایی فعال باشند . اسکن الکترونیکی قابلیت پوشش دهی سریع قطعات را با
می B-Scan داشتن کوچکترین نقطه کانونی فراهم می کند . اگر کریستالها بصورت خطی و تخت باشند اسکن را با نام
شناسیم . اگر کریستالها دارای انحنا باشند اسکن نیز به صورت منحنی وار انجام خواهد شد . حرکت برای اسکن های خطی
بصورت مستقیم صورت می گیرد . بعنوان مثال توانائی برنامه ریزی برای برای تست تجوش با ایجاد موج عرضی ( برشی ) با
معمولی شده است . UT زاویه های 45 درجه و 60 درجه را دارد که همین خاصیت باعث رقابت آن
صفحه 5 از 11
شکل ( 2) توضیح شماتیک اسکن الکترونیک ( خطی )
: ( Sectarian Scan) اسکن مدور ×
باعث (Delay time) در این حالت نیز کریستالها به همان حالت قبل هستند اما با ایجاد تغییرات در زمان تاخیر
بوجود آمدن صوت تحت زاویه های متفاوت می شود ( شکل 3 ) حرکت در این حالت نیز بصورت مستقیم برنامه ریزی شده
است . کاربردی که این روش دارد برای اسکن کردن قطعاتی مورد استفاده قرار می گیرد که دارای اجزا ء غیر قابل دسترس
Map در توربین ) که با این روش هم می توان یک Blade برای تست کردن می باشند .( به عنوان مثال اسکن کردن ریشه
تا ± از قطعه بدست آورد و هم عیوب احتمالی داخل آنرا مشخص نمود . با این روش می توان صوت را تحت زاویه های 20
تولید نمود و به داخل قطعه فرستاد که در این حالت کاملاً به فرکانس تولیدی کریستالها و فضای بین آنها بستگی دارد ± 80
.
شکل ( 3) نمایش شماتیک یک اسکن مدور استفاده شده در رولور توربین
ترکیب اسکن ها : ×
صفحه 6 از 11
ترکیب اسکن خطی و مدور باعث ایجاد تصویری ترکیبی خواهد شد ( شکل 4) همچنین مطلوب ترین زاویه ها را می
توان انتخاب کرد تا بهترین و کاربردی ترین تصاویر را جهت بهترین ارزیابی ها تولید کند . برای بازرسی جوش ه ا معمولاً
زوایای معینی مورد نیازند که بر اساس پروفایل جوش انتخاب می شنود . برای اینگونه کاربردها مهمولاً زاویه های مشخصی از
پرتو های صوتی برنامه ریزی می شوند تا با توجه به ظاهر جوش و محل آن مورد استفاده قرار گیرند .
شکل( 4) بالا : اگر اولتراسونیک برای اسکن های خطی و مدور – پایین : تصویر اولنراسونیک بدست آمده از ترکیب کلیه
اطلاعات با یکدیگر
از اسکن خطی استفاده می کنند . در این حالت پروپ بصورت خطی به دور و Phased Array سیستم های چند پروپی و
یا در طول جوش حرکت می کند تا هر یک از کریستالها مشاحت مشخصی از جوش را اسکن نمایند . همین حالت باعث می
بر روی جوش های خطی از نظر Phased Array ها ی تک پروپی بسیار بالا باشد . آزمون UT از AUT شود که سرعت
قاعده مطابق یا قوانین سیستم چند پروپی است ، در حالی که در این حالت حتی بسیار کوچکتر نیز می باشد ، و به علاوه
را Set up می باشد . بسیار ساده تر می توان تنظیمات AUT بصورت قابل ملاحظه ای انعطاف پذیرتر از Phased Array
تغییر داد و یا می توان از فایلهای قبلی برای کارهای در دست اقدام استفاده نمود ، همچنین امکان استفاده از دسته پرتو های
صوتی بسیار بیشتر نیز فراهم است .
برای التراسونیک ASME ارزیابی استاندارد ×
راههای فراوانی برای تشخیص و درک این موضوع که اولتراسونیک چگونه عیوب را شناسایی می کند و اندازه سنجی
می کند امتحان شده است . بسیاری از این روشها ابتدا توسط صنایع هسته ای مورد تحقیق قرارگرقته اند . گسترده ترین و پر
بود که در برگیرنده 30 تیم کاری و تعداد زیادی از قطعات PISC II هزینه ترین تحقیقات و کوشش ها مربوط به برنامه
رویه های اجرائی مرتبط ، تکنیک های جایگزین ) انجام ) ASME ضخیم بود . بسیاری از بازرسی ها با استفاده از استاندارد
صفحه 7 از 11
می شود . با اطلاعات بدست آمده می توان در مورد احتما تشخیص عیوب و یا تک نیک های قابل استفاده جهت عیب یابی بحث
و تبادل نظر کرد .
و سایر اینگونه برنامه ها و تلاش ها کمک شایانی به ارزیابی ها و تکنیک ها و رویه ها اجرائی می کند . PISC برنامه
را به عنوان تکنیکی می توان د رنظر گرفت که با انواع روش ها و رویه ها اجرائی ( پروسیجر ها ) می تواند Phased Array
کار کند . اولتراسونیک اتوماتیک مشخصاً از زمانی پیشرفت کرد که کوشش های هسته ای از سال 1980 در حال انجام بود که
بدست آوردن اطلاعات (Tandem , TOFD) حاصل آن تولید کریستالهای متمرکز ،بهبود رویه های اجرائی و تکنیک ها
بهتر و تصاویر بهتر می باشد .
راههای انجام بازرسی : ×
استفاده نماید . برای اینکار ASME می تواند از استاندارد Phased Array بر اساس انعطاف پذیری موجود
می توان بازرسی را به 3 بخش تقسیم کرد.
: ASME CC 2235 TOFD 1. اسکن بر اساس
است . برای بازرسی مناسب باید منطقه مرده Phased Array با استفاده از TOFD ساده ترین راه حل ایجاد اسکن خطی
و روش TOFD در خارج و داخل مخزن مشخص شود . مراکز تحقیق وتوسعه به ترکیب TOFD با روش (Dead Zone )
معتقد هستند بازرسی به این طریق نیازمند تعداد محدودی از وسائل و تجهیزات است . Pulse -Echo
:Phased Array 2. بازرسی به روش
ASME Sec V به منظور اسکن جوش ها جهت پوشش دادن خواسته های P.A این روش با استفاده از قابل انعطاف بودن
انجام شود . اسکن خطی در طول جوش انجام می شود و کریستالها نیز اسکن الکترونیکی (خطی ) را به منظور پوشش دادن
ممکن است جهت دیدن بعضی از عیوب TOFD پروفایل جوش از چند زاویه انجام می دهند . در کنار اسکن های معمولی و
برای یافتن pitch-catch خاص به روشهای خاصی نیز سطح جوش را اسکن کنیم . (بعنوان مثال اسکن عرضی و یا روش
عیوب عمودی)
ECA برای Phased Array 3. بازرسی به روش
که به مکانیک شکست نیز نامیده می شود.) Engineering Critical Assessment یا ECA : (توضیح
به دقت بالایی نیاز داریم بنابراین بازرسی قابل اعتمادی نیز باید انجام دهیم . به همین Fitness for Purpose گاهی برای
میتوان سیستم هایی با تنظیمات دلخواه را طراحی کرد که بصورت ترکیبی باشند اما هر Phased Array خاطر توسط روش
یک از متدهای مورد استفاده در این ترکیب خود بصورت کاملاً مجزا و مستقل عمل نمایند و تمامی سطوح را پوشش دهند
(سطح خارجی، سطح داخلی ، دیواره های میانی، عیوب عرضی) بعلاوه استفاده از تکنیک های خاص تفرق برای اندازه سنجی
می توان استفاده کرد. این سیسم ها قابلیت دادن بیشترین احتمال عیب را در قطعه با بالاترین سرعت می دهند.
(ASME Sec شکل 5 در زیر روش اسکن الکترونیکی (خطی) را جهت پوشش دادن نیازمندیهای خواسته شده در استاندارد
45 اسکن در حال انجام است . با انتخاب º,60º را نمایش می دهد . در این حالت مشاهده می شود که تحت زاویه های V)
تمامی امواج در اشکال مختلف تصویر نهایی با کنار هم قرار دادن اطلاعات ساخت می شود.
صفحه 8 از 11
شکل 5: حرکت پروب و پرتو دهی تحت دو زاویه و اسکن خطی
نتایجی که از روی آزمایش اولتراسونیک یک مخزن تحت فشار معمولی بدست آمده در شکل 6 نمایش داده شده است . این
45 از قسمت های " بالا و کنار " بدست آمده است . به علاوه دو تصویر از روش º,60º نتایج از ترکیب اسکن تحت زاویه
نیز آمده است. TOFD
از همان جوش TOFD شکل 6: چپ تصویر " بالا – کنار" از یک جوش بهمراه عیب راست: اسکن به روش
مقدار اطلاعات بدست ، (Zone Discrimination , TOFD , Raster) سرعت اسکن به عواملی بستگی دارد: نوع اسکن
آمده حین اسکن ،تعداد پالس ها، . . .
سیستم های جانبی و کمکی اولتراسونیک ×
1. اسکنرهای دستی:
اینها نیز مانند مخازن تحت فشار انواع مختلفی دارند . ساده ترین آنها اسکنر دستی است که در شکل زیر نمایش داد ه شده
و یا سایر پروب ها . این اسکنر مطابق TOFD بوسیله این اسکنر می توان از یک جفت کریستال است فاده نمود بعلاوة
و مخازن نازک مورد استفاده قرار می گیرد. Raster می باشد و برای تست به شیوه ASME CC 2235
صفحه 9 از 11
شکل 7: پیکره بندی اسکنر دستی
-2 اسکنر با کمربند:
از ین نوع اسکنر می توان جهت خطوط لوله و مخازنی استفاده نمود که قطر آنها حداکثر 105 متر می باشد . بطور قطع
استفاده از این نوع اسکنر در مخازن قطور بسیار مشکل خواهد بود . شکل 8 نمایش دهندة یک لوله جوش خورده با اتصال
است که در حال بازرسی شدن می باشد. سرعت حرکت این نوع اسکنر از اسکنر دستی بیشتر است. Girth
Girth شکل 8: بازرسی خط جوش یک لوله با اتصال
برای مخازن بزرگ ساده ترین و ارزانترین راه حل برای بازرسی، چرخاندن مخزن می باشد که در شکل زیر بصورت شماتیک
نمایش داده شده . نکته قابل توجه این حالت این است که از تماس خوب پروب و مخزن همواره باید اطمینان حاصل کنیم.
1 از 11 صفحه 0
شکل 9: تصویر شماتیک چرخش یک مخزن جهت تست جوش
-3 اسکنر با چرخهای آهنربایی:
در شکل 10 نمایشگر یک اسکنر با چرخهای آهنربایی است که در حال بازرسی جوش یک مخزن می باشد .
شکل 10 : بازرسی یک جوش عمودی با اسکنر دارای چرخهای آهنربایی
1 از 11 صفحه 1
نتیجه گیری:
امروزه برای تست جوش بسیاری از مخازن بکار می رود و قطعاً دارای (AUT) اولتراسونیک به روش اتوماتیک
مزایای قابل اعتنایی نسبت به رادیوگرافی دارد:
- نیاز به تمهیدات ایمنی ندارد.
- به سرعت پس از جوشکاری می توان تست را شروع کرد.
- احتمال عیب یابی بالا
- امکان عمق یابی و ارتفاع سنجی عیوب
- امکان استفاده از نتایج در تحلیل های مورد نیاز در مکانیک شکست.
نیز دارای پتانسیل خوبی جهت بازرسی جوش مخازن تحت فشار دارد: Phased Array
را دارد. ASME Sec V مورد نظر Raster اسکن ،TOFD - قابلیت انجام دو شیوه
- سرعت بازرسی از تمامی روش های قبلی بالاتر است.
- اکثر قطعات در هر موقیعتی که باشند قابلیت تست شدن را دارند.
- امکان بازرسی و تحلیل از هر نقطه دلخواه فراهم است.
- تنها محدودیت این شیوه قیمت بالای تجهیزات آن و کمبود اپراتور ماهر و آموزش دیده است.